Question

【題目】用磷鐵渣(含Fe、FeP、Fe2P及少量雜質)制備FePO4·2H2O(磷酸鐵)的工藝流程如下：

(1)“浸取”時，在密閉反應器中加入硝酸、硫酸及活性炭，硝酸首先分解生成NO2和O2，O2將鐵和磷分別氧化為Fe2O3、P2O5。

①Fe2P與O2反應的化學方程式為__________。

②加入硫酸的目的是__________；加入活性炭能降低有害氣體的產生，這是因為__________。

③c(HNO3)與磷鐵渣溶解率關系，如題圖-1所示，當c(HNO3)在1.5~2.0mol·L-1時，磷鐵渣溶解率隨硝酸的濃度增大而減小的原因是__________

圖-1

圖-2

(2)“制備”時，溶液的pH對磷酸鐵產品中鐵和磷的含量及n(Fe)/n(P)比值的影響，如題圖-2所示（考慮到微量金屬雜質，在pH=1時，n(Fe)/n(P)為0.973最接近理論值]）。在pH范圍為1~1.5時，隨pH增大，n(Fe)/n(P)明顯增大，其原因是___________；寫出生成FePO4·2H2O的離子方程式：__________________________。

Answer 1

【答案】4Fe2P + 11O24Fe2O3 + 2P2O5 溶解Fe2O3等并保持體系的酸度 （活性炭具有吸附性）吸附NO2等 硝酸的分解速率大于硝酸分解產物中氧氣與磷鐵渣反應的反應速率（硝酸分解過快導致損失） pH增大，促進了Fe3+水解，生成的Fe(OH)3混入產品中 Fe3+ +H3PO4 +nNH3·H2O+(2-n)H2O=FePO4·2H2O↓+nNH4++(3-n)H+（n=1，2，3，均給分）

【解析】

磷鐵礦在90℃與硝酸、硫酸、活性炭作用，得到Fe3＋、H3PO4等，過濾除去不可溶性的雜質，加入H3PO4調節P和Fe的比例，加入氨水，得到產物。

(1) ①根據題干信息，O2將Fe和P分別氧化為Fe2O3和P2O5，根據得失電子守恒和質量守恒，化學方程式為4Fe2P + 11O24Fe2O3 + 2P2O5；

②題干信息，首先硝酸分解得到NO2和O2，氧氣將Fe2P氧化得到Fe2O3，但是經過浸取后，得到含有Fe3＋、H3PO4的溶液，加入硫酸，可以溶解Fe2O3，也可以維持酸性環境，防止Fe3＋水解，因此加入硫酸的目的是溶解Fe2O3等并保持體系的酸度；硝酸分解可以得到有害氣體NO2，而活性炭的體表面積較大，可以吸附NO2等有害氣體；

③硝酸的濃度越大，其分解速率越快，導致浸取率降低；答案為硝酸的分解速率大于硝酸分解產物中氧氣與磷鐵渣反應的反應速率（硝酸分解過快導致損失）；

(2)pH開始增大時，促進溶液中的Fe3＋水解生成Fe(OH)3混入產品中，導致n(Fe)/n(P)明顯增大；調節好Fe、P比例的溶液中，含有Fe3＋、H3PO4，加入NH3·H2O得到FePO4，根據原子守恒和電荷守恒，離子方程式為Fe3＋＋H3PO4＋3NH3·H2O=FePO4·2H2O↓＋3NH4＋＋H2O，如果NH3·H2O少量，H＋沒有完全中和，離子方程式可表示為Fe3+ +H3PO4 +nNH3·H2O+(2-n)H2O=FePO4·2H2O↓+nNH4++(3-n)H+。